项目文章 Mol Cancer | IF40+!李春香/赫捷团队纵向血浆多组学揭秘DEFA1 如何介导食管癌免疫治疗耐药!


食管鳞癌(ESCC)占食管癌90%,局部晚期患者新辅助治疗(NAT)后病理完全缓解率低,5年生存率仅20%-25%。受限于患者异质性和样本可及性。血浆蛋白质组与代谢组学可动态反映NAT反应分子特征,但在ESCC中的预测价值尚待明确。
2026年7月,中国医学科学院肿瘤医院李春香教授、赫捷院士等团队在国际权威肿瘤学期刊 Molecular Cancer(IF 42.2)发表题为 “Plasma proteomic and metabolomic profiling reveals molecular features relevant to neoadjuvant therapy response in locally advanced esophageal squamous cell carcinoma” 的研究论文,揭示了氨基酸代谢和脂质代谢在治疗响应中的关键重塑特征,并首次鉴定出DEFA1作为预测新辅助免疫化疗(nICT)疗效的潜在生物标志物,同时通过体内外实验证实其通过扩增髓源性抑制细胞(MDSC)、抑制CD8⁺T细胞功能驱动免疫耐药机制,为ESCC的个体化治疗和耐药逆转提供了新靶点与新思路。中科新生命为该研究提供了非靶向代谢组学检测服务。


LA-ESCC患者血浆及手术组织样本
小鼠食管鳞癌细胞系、小鼠结肠癌细胞系、小鼠黑色素瘤细胞系
模型小鼠
步骤1
临床发现→LA-ESCC患者纵向血浆多组学分析,发现病理完全缓解(pCR)与非pCR患者存在显著分子差异;
步骤2
代谢重塑→非靶向代谢组学揭示NAT期间氨基酸与脂质代谢动态变化与病理反应相关;
步骤3
蛋白筛选 →蛋白组学筛选预测标志物;
步骤4
标志物验证→独立队列ELISA验证DEFA1(nICT)和Galectin-3(nCT)的预测效能;
步骤5
机制探索 → 体外共培养及小鼠模型证实DEFA1通过扩增MDSC、抑制CD8+T细胞功能促进免疫抑制微环境形成;
步骤6
组织验证→多重免疫组织化学染色(mIHC)及免疫组织化学染色(IHC)证实人ESCC组织中DEFA1与MDSC浸润正相关、与CD8+T细胞浸润负相关。
研究纳入40例LA-ESCC患者(nICT 22例,nCT 18例),发现pCR率在nICT组为36.4%,nCT组为33.3%。主要病理学缓解(MPR)与3年总生存期显著相关,而基线临床变量中仅晚期临床分期与较低机率相关,提示传统临床特征预测价值有限。

图1 接受新辅助治疗的局部晚期食管鳞癌患者的临床概况及治疗反应
对194例纵向血浆样本进行非靶向代谢组学分析,保留1168个注释代谢物。基线OPLS-DA显示pCR与非pCR患者代谢谱可区分。nICT反应者基线富集于泛酸/CoA生物合成、氨基酸代谢和α-亚麻酸代谢;治疗期间(T1-T3)差异主要涉及肌醇磷酸、脂肪酸和氨基酸代谢;T4时pCR患者氨基酸相关代谢物持续降低。纵向聚类显示nICT-pCR患者维生素B6和花生四烯酸代谢逐渐升高,而氨基酸代谢、不饱和脂肪酸生物合成降低。nCT-pCR患者则表现为牛磺酸/次牛磺酸代谢升高。总体而言,NAT反应与以氨基酸和脂质代谢为主的动态代谢重编程密切相关。

图2 纵向血浆代谢组学分析揭示了NAT期间与治疗反应相关的通路及时间依赖性重塑
非靶向蛋白组学在nICT组鉴定出46个基线差异蛋白(DAPs),富集于白细胞迁移、急性炎症反应和抗病毒免疫;nCT组鉴定出32个DAPs,富集于白细胞迁移和中性粒细胞趋化。PPI网络分析显示SELPLG、CD34、CD47及SERPINE1、TSP1、PLF4等功能连通。整合T0和T4的114个DAPs进行层次聚类,发现nCT组pCR患者降低的蛋白主要富集于趋化因子相关过程和TGF-β受体信号,而nICT组基线降低的蛋白富集于细胞黏附和急性炎症反应。纵向分析表明,治疗相关的蛋白动态变化在nCT组主要富集于细胞迁移和抗菌免疫应答通路。

图3 血浆蛋白质组学分析揭示了与NAT病理反应相关的独特分子特征
Olink靶向蛋白组学分析显示,基线时pCR样本倾向于聚类为较高免疫肿瘤(IO)蛋白水平,而治疗后该模式消失。基线时MMP7在两组反应者中均升高;nICT组IFN-γ和KIR3DL1(细胞毒性淋巴细胞和NK细胞功能标志物)在pCR患者中呈升高趋势;nCT组CD244、PDCD1、LAMP3、CD40和CD4显著升高。这些结果提示基线全身免疫和炎症状态的预存异质性可能影响治疗敏感性。

图4 与NAT反应相关的血浆IO蛋白特征
通过集成特征选择和单变量逻辑回归,在nICT组筛选出DEFA1、FAP和TANGO2等候选标志物,其中DEFA1在non-pCR患者中基线水平更高,且经多变量Firth回归校正后仍独立预测pCR(P=0.024)和良好病理缓解(TRG 1/2 vs 3/4,P=0.0033)。在nCT组,Galectin-3被鉴定为候选标志物,基线水平在pCR患者中更高,表现出优异的预测效能(AUC=0.857),且独立于临床变量预测pCR(P=0.023)。

图5 预测NAT病理反应的血浆蛋白生物标志物的识别与验证
机制研究表明,重组小鼠DEFA1(rmDEFA1)瘤内注射显著促进MC38和B16F10肿瘤生长,减少肿瘤浸润CD8+T细胞,降低IFN-γ表达,并增加PD-1表达。同时,rmDEFA1显著增加肿瘤和脾脏中MDSC(尤其是PMN-MDSC)浸润。体外实验证实rmDEFA1促进骨髓来源MDSC分化,并增强MDSC对CD8+T细胞增殖、活化及肿瘤杀伤功能的抑制。在小鼠ESCC模型中,rmDEFA1削弱anti-PD-1治疗效果,而Ly6G+细胞耗竭可消除DEFA1的促肿瘤效应并恢复免疫检查点阻断敏感性。

图6 DEFA1通过扩增MDSCs并抑制CD8⁺ T细胞功能从而促进肿瘤生长并削弱抗肿瘤免疫
组织验证队列中,mIHC显示DEFA1主要定位于CD11b+髓系细胞,部分CD11b+MPO+中性粒细胞也表达DEFA1。DEFA1+细胞密度与MPO+细胞密度正相关,而与CD8+T细胞密度负相关。高DEFA1肿瘤表现出更高的PMN-MDSC浸润和CD66b+细胞丰度,M-MDSC也呈增加趋势。这些发现支持DEFA1与MDSC富集、CD8+T细胞匮乏的免疫抑制微环境密切相关。

图7 DEFA1在ESCC组织中的表达及其与MDSC浸润和表型的关联
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